某水利工程大體積混凝土測溫試驗分析

王 雷 董獻國 胡曉曼

（水利部淮委·安徽省水利科學研究院 蚌埠 233000）

大體積混凝土與普通混凝土的區別，表面上看是厚度不同，但實質區別是由于混凝土中水泥水化會產生熱量，混凝土內部熱量較難散發，外部表面熱量散發較快，內部和外部熱脹冷縮的過程會在混凝土表面產生拉應力。溫差到一定程度，混凝土表面拉應力超過當時的混凝土極限抗拉強度時，混凝土表面會產生有害裂縫，有時甚至產生貫穿裂縫。另外，混凝土硬化后隨溫度降低產生收縮，由于受到地基約束，會產生很大的外約束力，當其超過當時混凝土的極限抗拉強度時，也會產生裂縫。

為了解大體積混凝土內部由于水化熱引起的溫度升降規律，掌握基礎混凝土中心與表面、表面與大氣溫度間的溫度變化情況，以便采取恰當的溫度措施并為下一步的施工提供指導性意見，大體積混凝土測溫是非常必要的。

1 工程實例

該工程混凝土強度等級為C25（混凝土密度2350kg/m3，初凝時間控制在6h左右），最厚處1.9m，屬大體積混凝土。為防止大體積混凝土由于溫升產生影響結構安全的裂縫，在混凝土施工前需進行測溫試驗進行溫度控制。由于大體積混凝土的特殊要求，采用模擬現場實際施工狀況進行測溫試驗分析。通過測溫監控可隨時觀測混凝土因水泥水化熱作用產生的混凝土內部溫度變化情況，以便及時采取相應措施，控制溫差以確保在現場施工狀況下澆筑的大體積混凝土不因溫差過高產生影響結構安全的裂縫。

1.1 原材料及混凝土配合比情況

配合比為委托方提供，混凝土所采用的原材料如下，配合比見表1。混凝土28d抗壓強度為33.3MPa。

水：城市清潔飲用水。

水泥：中鐵物資巢湖鐵道水泥有限公司P.O42.5級，安定性合格，3d抗折、抗壓強度分別為5.3MPa、26.1MPa，28d抗折、抗壓強度分別為7.1MPa、49.8MPa。

砂：霍山河砂，細度模數2.5，含泥量（0.3%）和泥塊含量（0.1%）均合格。

石子：大石，單粒粒級16～31.5mm碎石；小石，連續級配5～16mm。經大石∶小石=3∶1摻配后含泥量（0.2%），泥塊含量（0.1%）合格。

粉煤灰：合肥東興Ⅰ級粉煤灰，內摻14.5%。

外加劑：合肥眾興混凝土外加劑有限公司產ZX-Ⅰ普通減水劑，液態，外摻1.8%。

纖維：安格纖維科技有限公司產F-PPS聚丙烯纖維，每方混凝土中摻0.60kg。

礦渣粉：合肥永信建材有限公司產S95級礦渣粉，內摻16.0%。

1.2 混凝土模擬測溫

1.2.1 測溫儀器的選擇

測溫儀器選用JDC-2建筑電子測溫儀。

測溫范圍：-30℃～130℃，溫度誤差：≤±0.3℃，使用環境：-20℃～50℃。

1.2.2 測溫點位置

根據設計圖紙，混凝土最厚處1.9m，為確保模擬測溫能夠真實反應大體積混凝土內部溫度隨時間變化規律，在施工現場澆筑一體積為2.0m×1.0m×1.0m的混凝土長方體，在內部布置6個測溫點。

1.2.3 測溫制度

自混凝土澆筑至測溫點時起72h內，每2h讀取數據一次；澆筑后4～7d內，每4h讀取數據一次；此后則可根據測溫結果和外界環境溫度變化情況每天選取兩次進行溫度觀測。

測溫設2人專門負責，輪流測溫，確保真正達到連續、真實監測混凝土溫差變化情況。當測溫過程中出現溫差較大超過規范允許值時，及時對試塊采取適當措施并記錄時間。

1.2.4 溫控指標

表1 混凝土C25配合比

混凝土澆筑體入模溫度宜控制在30℃以下，在入模溫度基礎上溫升值不宜大于50℃。混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃，降溫速率不宜大于2℃/d，澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

2 測溫結果與分析

按照上述測溫制度進行測溫的結果見圖1。

由圖1可知混凝土入模溫度為32.5℃，大于混凝土適宜控制溫度30℃，原因是混凝土澆筑時間為夏日15:55，故建議避開高溫時段澆筑混凝土。根據現場室外溫度實測數據，04:00為一晝夜中溫度最低時段，選取該時段澆筑為宜。

由圖2可知，在所測齡期內，模擬測溫混凝土的峰溫出現在1～2d，最大相對溫升發生澆筑后約26h，為30℃，滿足相關規范中相對溫差不大于50℃的要求。由于本次試驗為模擬測溫，考慮到現場澆筑體體積更大、更厚,所以現場澆筑體的相對溫升會有一定幅度的增加，峰溫出現時間也會相應推后。

由圖3可知，模擬測溫混凝土的最大里表溫差發生澆筑后約34h，為28℃，超過相關規范中里表溫差不大于25℃的要求，原因在于晝夜溫差大，保溫措施難以滿足減少表面溫度散失速度的要求，建議改善保溫措施，增加保溫棉厚度以降低混凝土表面溫度降低的速度。

由圖4可知，模擬測溫混凝土的最大大氣溫差發生在澆筑后約36h，為29℃，超過相關規范中大氣溫差不大于20℃的要求，主要因為夜間溫度降低過大，導致混凝土表面與大氣溫差高于相關規范的要求，在滿足降溫速率符合相關規范的前提下，混凝土表面與大氣溫差超出一定范圍是可以滿足施工需要的。

在測量過程中，雖然出現一些測點的溫差超過規范要求，但在現場測溫結束后，經仔細觀察，未發現明顯影響結構安全的裂縫。

3 大體積混凝土綜合防裂措施

在大體積混凝土工程施工中，水泥水化熱的釋放會引起大體積混凝土內外形成較大溫差，導致混凝土內產生較大的溫度應力，導致混凝土發生裂縫。為了防止裂縫的產生和擴大，應從控制溫升、減少溫度應力方面采取措施。

3.1 原材料與配比

由于水泥水化會釋放大量的熱量，因此應選用水化熱較低的水泥并盡量降低單位水泥用量。該工程選用了水化熱較低的中熱水泥。除水泥之外，其他原材料的選擇也應以降低水泥用量和降低水化熱量為主要原則。

混凝土抗拉強度遠遠小于其抗壓強度，這是混凝土容易開裂的內在因素。因此，在混凝土配合比中使用抗拉纖維以提高其抗拉強度，選材以增強混凝土抗拉強度抵抗溫度應力降低混凝土產生裂縫為原則。

3.2 混凝土施工

混凝土攪拌前應盡可能降低所加原材料的溫度，減少外界由于熱傳導從環境中帶入的熱量，如有條件可以采用冰水攪拌和循環冷氣降低原材料溫度的方法。

在混凝土攪拌和澆筑的過程中，盡量避免從外界環境中獲取熱量，可以選取溫度適宜的季節進行施工或者在一天中選取溫度較低的時段集中運輸、澆筑。

3.3 混凝土養護

在盡量減少混凝土內部溫升的前提下，大體積混凝土的養護尤為重要，養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件，混凝土的保溫措施常常也起到保溫作用，要兼顧兩方面的效果。

根據溫度應力的觀點，保溫的目的有兩個，一是減少混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫；二是延長散熱時間，充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫差對混凝土產生的拉應力小于混凝土抗拉強度，防止產生裂縫